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Technisches Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abschätzen einer Restkapazität einer elektrischen Speichervorrichtung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Abschätzen einer Restkapazität einer elektrischen Speichervorrichtung, die aus einer Vielzahl von Batterien (Sekundärbatterien) gebildet ist.
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Hintergrund der Erfindung
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In elektromotorischen Fahrzeugen, wie etwa Hybridfahrzeugen, welche mit einer elektrischen Speichervorrichtung versehen sind, die aus einer Vielzahl von Batterien (Sekundärbatterien) gebildet ist, und durch Energie betrieben werden, die von der elektrischen Speichervorrichtung zugeführt wird, ist es notwendig, eine Restkapazität der elektrischen Speichervorrichtung genau abzuschätzen, damit der Fahrer erkennen kann, ob die Restkapazität der elektrischen Speichervorrichtung für das beabsichtigte Fahren ausreicht.
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Beispielsweise offenbart der folgende Stand der Technik Vorrichtungen für den vorstehenden Zweck, d. h. Vorrichtungen zum Abschätzen einer Restkapazität einer elektrischen Speichervorrichtung.
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JP 11-174135 A offenbart eine Batterierestkapazität-Messvorrichtung, in welcher Spannungen einer Vielzahl von jeweiligen Batterien und Ströme, die von den jeweiligen Batterien zu einer Last fließen mit einer vorgeschriebenen Häufigkeit gesammelt werden, und eine Restkapazität einer elektrischen Speichervorrichtung auf der Basis des kleinsten von Restkapazitätswerten, die auf der Basis der gesammelten Sätze von Spannungswerten und Stromwerten berechnet werden, gemessen wird.
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JP 2006-17544 A offenbart eine Vorrichtung zum Berechnen einer Restkapazität einer elektrischen Speichervorrichtung, welche eine Restkapazität einer elektrischen Speichervorrichtung berechnet, indem eine dritte Restkapazität durch Kombinieren einer ersten Restkapazität, die auf der Basis einer Leerlaufspannung berechnet wird, und einer zweiten Restkapazität, die auf der Basis eines Akkumulationswerts von Lade-/Entladestromwerten berechnet wird, mit einer Gewichtung berechnet wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Da allerdings in
JP 11-174135 A eine Restkapazität einer elektrischen Speichervorrichtung auf der Basis des kleinsten von Restkapazitätswerten der jeweiligen Batterien gemessen wird, ist die gemessene Restkapazität kleiner als eine tatsächliche, was zu einer Überladung von Batterien führen kann. In
JP 2006-17544 A wird eine Restkapazität einer elektrischen Speichervorrichtung nicht derart berechnet, dass die individuellen Batterien, die diese bilden, in Betracht gezogen werden.
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Deshalb kann gemäß dem Stand der Technik mit einer aus einer Vielzahl von Batterien gebildeten elektrischen Speichervorrichtung die Genauigkeit einer Abschätzung einer Restkapazität der elektrischen Speichervorrichtung aufgrund eines Phänomens verringert sein, dass Differenzen zwischen den Temperaturen der jeweiligen Batterien eine Schwankung der Genauigkeit einer Abschätzung von Restkapazitätswerten, die auf der Basis von Leerlaufspannungen der jeweiligen Batterien berechnet sind, verursachen. Verbesserungen in dieser Hinsicht sind erwünscht.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Abschätzen einer Restkapazität einer elektrischen Speichervorrichtung vorzusehen, welche ein Verringern der Genauigkeit einer Berechnung einer Restkapazität einer aus einer Vielzahl von Batterien gebildeten elektrischen Speichervorrichtung verhindern kann, indem eine Schwankung von berechneten Restkapazitäten der jeweiligen Batterien unterdrückt wird.
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Die vorliegende Erfindung ist auf eine Vorrichtung zum Abschätzen einer Restkapazität einer elektrischen Speichervorrichtung mit einer Vielzahl von Batterien gerichtet, aufweisend: eine Stromerfassungseinrichtung, welche durch die jeweiligen Batterien fließenden Strom erfasst; eine erste Restkapazität-Berechnungseinrichtung, welche eine erste Restkapazität von jeder der Batterien durch Akkumulieren von durch die Stromerfassungseinrichtung erfassten Stromwerten berechnet; eine Spannungserfassungseinrichtung, welche Spannungen der jeweiligen Batterien erfasst; eine Spannungs- und Stromwertespeichereinrichtung, welche für jede der Batterien Sätze eines Spannungswerts und eines Stromwerts einer vorgeschriebenen Anzahl, die durch die Spannungserfassungseinrichtung bzw. die Stromerfassungseinrichtung erfasst sind, speichert; eine Näherungslinie-Einstelleinrichtung, welche für jede der Batterien eine gerade Näherungslinie einer Strom-Spannungs-Beziehung basierend auf den Sätzen eines Spannungswerts und eines Stromwerts, die in der Spannungs- und Stromwertespeichereinrichtung gespeichert sind, einstellt; eine zweite Restkapazität-Berechnungseinrichtung, welche eine zweite Restkapazität von jeder der Batterien basierend auf einer Leerlauf-Batteriespannung, die unter Verwendung der durch die Näherungslinie-Einstelleinrichtung eingestellten geraden Näherungslinie abgeschätzt wird, berechnet; eine Korrelationskoeffizient-Berechnungseinrichtung, welche einen Korrelationskoeffizienten von jeder der Batterien berechnet; und eine Abschätzeinrichtung, welche für jede einzelne der Batterien die erste Restkapazität und die zweite Restkapazität, die durch die erste Restkapazität-Berechnungseinrichtung bzw. die zweite Restkapazität-Berechnungseinrichtung berechnet sind, mit einer Gewichtung kombiniert, falls die Korrelationskoeffizienten der jeweiligen Batterien, die durch die Korrelationskoeffizient-Berechnungseinrichtung berechnet sind, vorgeschriebene Bedingungen erfüllen.
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Die Erfindung ermöglicht, dass ein Verringern der Genauigkeit einer Berechnung einer Restkapazität einer aus einer Vielzahl von Batterien gebildeten elektrischen Speichervorrichtung verhindert wird, indem eine Schwankung von berechneten Restkapazitäten der jeweiligen Batterien unterdrückt wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt die Systemkonfiguration einer Vorrichtung zum Abschätzen einer Restkapazität einer elektrischen Speichervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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2 ist ein Flussdiagramm, das zeigt, wie eine Restkapazität gemäß dem Ausführungsbeispiel abgeschätzt wird.
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3 ist ein Flussdiagramm, das zeigt, wie jede zweite Restkapazität gemäß dem Ausführungsbeispiel berechnet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektrische Speichervorrichtung
- 2
- Restkapazität-Abschätzvorrichtung
- 3A, 3B, ...
- Batterien (Sekundärbatterien, Zellen)
- 4
- Stromerfassungseinrichtung
- 5
- Spannungserfassungseinrichtung
- 6
- Erste Restkapazität-Berechnungseinrichtung
- 7
- Spannungs-/Stromwertespeichereinrichtung
- 8
- Näherungslinie-Einstelleinrichtung
- 9
- Zweite Restkapazität-Berechnungseinrichtung
- 10
- Korrelationskoeffizient-Berechnungseinrichtung
- 11
- Abschätzeinrichtung
- 12
- Batterietemperatur-Erfassungseinrichtung
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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In der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe des Verhinderns eines Verringerns der Genauigkeit einer Berechnung einer Restkapazität einer aus einer Vielzahl von Batterien gebildeten elektrischen Speichervorrichtung durch Unterdrücken einer Schwankung der Restkapazitäten der jeweiligen Batterien gelöst, indem eine erste Restkapazität und eine zweite Restkapazität mit Gewichtungen kombiniert werden.
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1 bis 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie in 1 gezeigt ist, ist ein elektromotorisches Fahrzeug, wie etwa ein Hybridfahrzeug, mit einer elektrischen Speichervorrichtung 1 und einer Restkapazität-Abschätzvorrichtung 2 für die elektrische Speichervorrichtung 1 vorgesehen.
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Die elektrische Speichervorrichtung 1 weist eine Vielzahl von Batterien (Sekundärbatterien, Zellen) 3A, 3B, auf. Die elektrische Speichervorrichtung 1 ist mit einer Stromerfassungseinrichtung 4 zum Erfassen von Strömen, die durch die jeweiligen Batterien 3A, 3B, ... fließen, und einer Spannungserfassungseinrichtung 5 zum Erfassen von Spannungen der jeweiligen Batterien 3A, 3B, ... ausgerüstet.
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Die Restkapazität-Abschätzvorrichtung 2 ist mit einer ersten Restkapazität-Berechnungseinrichtung 6, einer Spannungs-/Stromwertespeichereinrichtung (Speicher) 7, einer Näherungslinie-Einstelleinrichtung 8, einer zweiten Restkapazität-Berechnungseinrichtung 9, einer Korrelationskoeffizient-Berechnungseinrichtung 10 und einer Abschätzeinrichtung 11 ausgerüstet. Die Stromerfassungseinrichtung 4 ist mit der ersten Restkapazität-Berechnungseinrichtung 6 und der Spannungs-/Stromwertespeichereinrichtung 7 verbunden. Die Spannungserfassungseinrichtung 5 ist mit der Spannungs-/Stromwertespeichereinrichtung 7 verbunden.
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Die erste Restkapazität-Berechnungseinrichtung 6 berechnet einen ersten Restkapazitätswert von jeder Batterie durch Akkumulieren von Stromwerten, die durch die Stromerfassungseinrichtung 4 erfasst sind.
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Die Spannungs-/Stromwertespeichereinrichtung 7 speichert für jede Batterie eine vorgeschriebene Anzahl von Sätzen einer Spannung, die durch die Spannungserfassungseinrichtung 5 erfasst ist, und eines Stroms, der durch die Stromerfassungseinrichtung 4 erfasst ist.
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Die Näherungslinie-Einstelleinrichtung 8 stellt für jede Batterie eine gerade Näherungslinie auf der Basis der Sätze einer Spannung und eines Stroms, die in der Spannungs-/Stromwertespeichereinrichtung 7 gespeichert sind, ein. Insbesondere berechnet die Näherungslinie-Einstelleinrichtung 8 durch die Methode der kleinsten Quadrate eine lineare Kurve (d. h. eine Steigung und einen Schnittpunkt einer linearen Kurve) als eine Näherung einer Beziehung zwischen den Sätzen von Spannungen ((jede Spannung) = (Innenwiderstand) × Strom + (Spannung in einem Zustand, dass weder ein Laden noch ein Entladen durchgeführt wird)) und von Strömen einer festen Anzahl der Batterie, geplottet in einem konstanten Intervall.
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Die zweite Restkapazität-Berechnungseinrichtung 9 berechnet einen zweiten Restkapazitätswert jeder Batterie auf der Basis einer Leerlauf-Batteriespannung, die unter Verwendung der geraden Näherungslinie, die durch die Näherungslinie-Einstelleinrichtung 8 eingestellt ist, abgeschätzt wird.
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Die Korrelationskoeffizient-Berechnungseinrichtung 10 berechnet einen Korrelationskoeffizienten (ein Index, der eine Strom-Spannungs-Beziehung anzeigt; gewöhnlich weist er einen Wert in dem Bereich von –1 bis 1 auf) von jeder Batterie auf der Basis z. B. der Strom-Spannungs-Beziehungen der Batterie, die gespeichert werden, um daraus einen zweiten Restkapazitätswert zu berechnen.
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Falls die durch die Korrelationskoeffizient-Berechnungseinrichtung 10 berechneten Korrelationskoeffizienten der jeweiligen Batterien vorgeschriebene Bedingungen erfüllen, kombiniert die Abschätzeinrichtung 11 für jede Batterie die erste Restkapazität und die zweite Restkapazität, die durch die erste Restkapazität-Berechnungseinrichtung 6 bzw. die zweite Restkapazität-Berechnungseinrichtung 9 berechnet sind, mit einer Gewichtung. Die Korrelationskoeffizienten werden also zum Beurteilen verwendet, ob die erste Restkapazität und die zweite Restkapazität mit einer Gewichtung zu kombinieren sind. In dem Ausführungsbeispiel wird die zweite Restkapazität allgemein mit einer Gewichtung versehen, die einen vorgeschriebenen Anteil mit Bezug auf eine Gewichtung für die erste Restkapazität aufweist, welche aus Stromwerten berechnet ist.
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In der Abschätzeinrichtung 11 sind die vorgeschriebenen Bedingungen derart, dass die durch die Korrelationskoeffizient-Berechnungseinrichtung 10 berechneten Korrelationskoeffizienten aller Batterien größer als oder gleich einem ersten vorgeschriebenen Wert sind, und dass die Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert der Korrelationskoeffizienten kleiner als oder gleich einem zweiten vorgeschriebenen Wert ist.
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Die Abschätzeinrichtung 11 stellt den Anteil eines gewichteten Kombinierens von jeder Batterie auf der Basis ihrer Temperatur ein. Dazu ist eine Batterietemperatur-Erfassungseinrichtung 12 mit der Abschätzeinrichtung 11 verbunden.
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Im Folgenden wird mit Bezug auf ein Flussdiagramm in 2 beschrieben, wie eine Restkapazität der elektrischen Speichervorrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel abgeschätzt wird.
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Mit Bezug auf 2 berechnet, auf ein Starten eines Programms der Restkapazität-Abschätzvorrichtung 2 hin (Schritt A01), die erste Restkapazität-Berechnungseinrichtung 6 in Schritt A02 eine erste Restkapazität von jeder Batterie durch Akkumulieren von Stromwerten, die durch die Stromerfassungseinrichtung 4 erfasst sind.
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In Schritt A03 berechnet die zweite Restkapazität-Berechnungseinrichtung 9 eine zweite Restkapazität von jeder Batterie. Wie eine zweite Restkapazität von jeder Batterie berechnet wird, wird nachstehend mit Bezug auf ein Flussdiagramm in 3 detailliert beschrieben.
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In Schritt A04 berechnet die Korrelationskoeffizient-Berechnungseinrichtung 10 einen Maximalwert und einen Minimalwert von Korrelationskoeffizienten der jeweiligen Batterien.
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In Schritt A05 beurteilt die Abschätzeinrichtung 11, ob die Korrelationskoeffizienten aller Batterien größer als oder gleich einem ersten vorgeschriebenen Wert sind. Falls das Beurteilungsergebnis von Schritt A05 bejaht wird, beurteilt die Abschätzeinrichtung 11 in Schritt A06, ob die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der Korrelationskoeffizienten kleiner als oder gleich einem zweiten vorgeschriebenen Wert ist.
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Falls das Beurteilungsergebnis in Schritt A06 bejaht wird, kombiniert die Abschätzeinrichtung 11 in Schritt A07 die erste Restkapazität und die zweite Restkapazität von jeder Batterie mit einer Gewichtung. Andererseits verwendet die Abschätzeinrichtung 11 in Schritt A08 die erste Restkapazität von jeder Batterie als ihre Restkapazität, falls das Beurteilungsergebnis in Schritt A06 negativ ist.
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Nach der Ausführung von Schritt A07 oder A08 berechnet (schätzt) die Abschätzeinrichtung 11 in Schritt A09 eine finale Restkapazität (SOC) der elektrischen Speichervorrichtung 1. Das Programm wird in Schritt A10 beendet.
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Im Folgenden wird mit Bezug auf ein Flussdiagramm in 3 beschrieben, wie eine zweite Restkapazität von jeder Batterie durch die zweite Restkapazität-Berechnungseinrichtung 9 in Schritt A03 berechnet wird.
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Mit Bezug auf 3 erfasst, auf ein Starten eines Programms zum Berechnen einer zweiten Restkapazität von jeder Batterie hin (Schritt B01), die Stromerfassungseinrichtung 4 einen Strom in Schritt B02, und die Spannungserfassungseinrichtung 5 erfasst eine Spannung in Schritt B03. In Schritt B04 werden der erfasste Strom und die Spannung in der Spannungs-/Stromwertespeichereinrichtung 7 gespeichert.
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In Schritt B05 beurteilt die Abschätzeinrichtung 11, ob die Anzahl von Sätzen eines Stroms und einer Spannung, die in der Spannungs-/Stromwertespeichereinrichtung 7 gespeichert sind, größer als oder gleich einer vorgeschriebenen Anzahl ist.
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Falls das Beurteilungsergebnis in Schritt B05 negativ ist, kehrt der Prozess zu Schritt B02 zurück. Falls das Beurteilungsergebnis in Schritt B05 bejaht wird, stellt die Näherungslinie-Einstelleinrichtung 8 in Schritt B06 eine gerade Näherungslinie ein. In Schritt B07 berechnet die Korrelationskoeffizient-Berechnungseinrichtung 10 einen Korrelationskoeffizienten (ein Index, der eine Strom-Spannungs-Beziehung anzeigt) der Batterie. In Schritt B08 berechnet die zweite Restkapazität-Berechnungseinrichtung 9 eine zweite Restkapazität der Batterie. Das Programm kehrt in Schritt B09 zurück.
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Mit dem vorstehenden Prozess kombiniert die Abschätzeinrichtung 11 für jede Batterie eine erste Restkapazität und eine zweite Restkapazität, die durch die erste Restkapazität-Berechnungseinrichtung 6 bzw. die zweite Restkapazität-Berechnungseinrichtung 9 berechnet sind, mit einer Gewichtung, falls durch die Korrelationskoeffizient-Berechnungseinrichtung 10 berechnete Korrelationskoeffizienten der jeweiligen Batterien 3A, 3B, ... die vorgeschriebenen Bedingungen erfüllen.
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Demzufolge kann eine Restkapazität (SOC) der elektrischen Speichervorrichtung 1 genau abgeschätzt werden, indem eine Schwankung der Genauigkeiten einer Abschätzung von Restkapazitätswerten der jeweiligen Batterien der elektrischen Speichervorrichtung 1 unterdrückt wird. Somit kann ein Überladen und ein Überentladen von jeder der Batterien 3A, 3B, ... verhindert werden. Für den Fall eines elektrischen Fahrzeugs (EV) wird der verwendbare Restkapazitätsbereich erhöht, und somit wird die Entfernung für ein Fahren im vollgeladenen Zustand verlängert. Für den Fall eines Hybridfahrzeugs (HEV) kann eine geeignete aufladbare/entladbare Energie gewährleistet werden, welche zu einer Verbesserung einer Brennstoffeffizienz beiträgt.
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In der Abschätzeinrichtung 11 werden die vorgeschriebenen Bedingungen erfüllt, falls Korrelationskoeffizienten aller Batterien größer als oder gleich dem ersten vorgeschriebenen Wert sind, und die Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert der Korrelationskoeffizienten der jeweiligen Batterien kleiner als oder gleich dem zweiten vorgeschriebenen Wert ist. Dadurch wird ermöglicht, dass ein Verringern der Genauigkeit eines Abschätzens einer Restkapazität aufgrund einer Schwankung der Korrelationskoeffizienten der jeweiligen Batterien verhindert wird.
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Außerdem stellt die Abschätzeinrichtung 11 den Anteil eines gewichteten Kombinierens auf der Basis der Temperatur von jeder Batterie ein. Dadurch wird ermöglicht, dass die Genauigkeit eines Abschätzens einer Restkapazität von jeder Batterie aufgrund ihrer Temperatur verringert wird.
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Im Allgemeinen ist, wenn die Temperatur einer individuellen Batterie niedrig ist, ihr innerer Widerstand hoch. Demzufolge tendiert die Batterie während eines Aufladens oder eines Entladens dazu, dass eine Spannungsschwankungsbreite (dies erleichtert eine Bestimmung einer gerade Näherungslinie) und ein Korrelationskoeffizient erhöht werden. Wenn allerdings die Temperatur einer individuellen Batterie niedrig ist, erzeugt die Batterie aufgrund eines eine Polarisierung genannten Phänomens eine Spannung, die von ihrer wahren Spannung verschieden ist. Deshalb muss ein hoher Korrelationskoeffizient nicht notwendigerweise eine hohe Abschätzgenauigkeit einer Restkapazität (SOC) bedeuten. In Anbetracht dessen wird der Anteil der Gewichtung, die auf die zweite Restkapazität einer Batterie anzuwenden ist, ganz besonders verringert, falls ihre Temperatur extrem niedrig ist. Dadurch wird ermöglicht, dass eine Restkapazität (SOC) jeder Batterie genau abgeschätzt werden kann.
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Die Restkapazität-Abschätzvorrichtung gemäß der Erfindung kann nicht nur auf Hybridfahrzeuge sondern auch auf andere elektromotorische Fahrzeuge, wie etwa elektrische Fahrzeuge, angewendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 11-174135 A [0004, 0006]
- JP 2006-17544 A [0005, 0006]
